KR20160076564A - 니트릴계 공중합체 라텍스 조성물 및 이로부터 제조된 니트릴계 공중합체 고무 - Google Patents

니트릴계 공중합체 라텍스 조성물 및 이로부터 제조된 니트릴계 공중합체 고무 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중합 안정성이 우수하여 몰드 오염을 감소시킬 수 있을 뿐 아니라 최종 제조된 고무의 기계적 특성을 향상시킬 수 있는 니트릴계 공중합체 라텍스 조성물, 이를 이용한 니트릴계 공중합체 고무의 제조방법 및 이로부터 제조된 니트릴계 공중합체 고무에 관한 것이다.

Description

니트릴계 공중합체 라텍스 조성물 및 이로부터 제조된 니트릴계 공중합체 고무{Composition of nitrile based copolymer latex and nitrile based copolymer rubber produced by the same}
본 발명은 중합 안정성이 우수하여 몰드 오염을 감소시킬 수 있을 뿐 아니라 최종 제조된 고무의 기계적 특성을 향상시킬 수 있는 니트릴계 공중합체 라텍스 조성물, 이를 이용한 니트릴계 공중합체 고무의 제조방법 및 이로부터 제조된 니트릴계 공중합체 고무에 관한 것이다.
일반적으로 니트릴계 공중합체 고무는 아크릴로니트릴과 부타디엔의 공중합물로서 내유성이 좋은 고무로 알려져 있다.
니트릴계 공중합체 고무의 최대의 장점은 내유성이 매우 뛰어난 것으로, 이것은 아크릴로니트릴 중의 니트릴기가 갖는 큰 극성에 의한 것이며, 이는 첨가되는 니트릴량에 의해 크게 상이할 수 있다. 상기 내유성은 결합 니트릴량과 팽윤, 그리고 기름의 아닐린점(aniline point; 탄화수소가 같은 부피의 아닐린과 완전히 용해하는 최저온도를 말하는데, 이를 측정하여 가솔린과 같은 경질 광유의 성분을 판단할 수 있음)과 팽윤의 관계에서 결합 니트릴량이 많아질수록 내유성은 상승하고, 아닐린점이 높아질수록 팽윤은 감소한다. 여기서 말하는 기름은 광물기름, 즉 석유계 탄화수소 구조로 된 것을 말하며, 일반적으로 윤활유나 유압계 작동유로서 많이 사용되고 있는 것을 말한다.
이렇듯, 상기 니트릴계 공중합체 고무는 내유성이 뛰어나며, 이에 산업기계, 건설기계, 성력화기기, 자동차 항공기 등 모든 분야에서 윤활유나 작동유, 연료유 등의 씰에 오-링(O-ring), V 패킹, 오일-씰(seal)로써 가장 바람직한 물질로 사용되고 있으며, 그 사용량도 매우 많다.
한편, 니트릴계 공중합체 고무를 사출 성형하여 오-링이나 씰(seal)류의 제품으로 제조할 때, 몰드에 이물질이 잔류하기 때문에 이를 주기적으로 제거하기 위해 몰드를 교체하거나 세척을 하는 과정이 필요하다. 이로 인하여 생산성이 덜어지는 등의 문제가 발생하고 있다.
구체적으로, 가황 중에 황, 아연 염, 오일, 왁스 등은 고무 화합물에 이동(migrate)되는 경향이 있으며, 몰드에 쌓이게 되고 이런 현상이 반복되어 몰드 오염(mold fouling)이 일어난다. 몰드 오염은 몰드 생성물의 외관상의 가치를 줄이고, 물성도 저하시키는 문제가 있다.
따라서, 물성이 우수한 니트릴계 공중합체 고무를 제조할 수 있으면서 몰드 오염성을 줄일 수 있는 방법이 필요한 실정이다.
상기와 같은 배경하에, 본 발명자들은 몰드의 오염성을 줄일 수 있음과 동시에 기계적 특성이 우수한 니트릴계 공중합체 고무를 제조하기 위한 방법을 연구하던 중, 특정 분자량 조절제를 일정량 포함하고 지방산 유기산 및 합성 유화제를 포함하는 니트릴계 공중합체 라텍스 조성물을 유화중합하여 제조된 니트릴계 공중합체 고무가 가류특성, 특히 가류속도가 향상됨과 동시에 기계적 특성이 개선되었을 뿐 아니라, 몰드 오염이 현저히 줄어드는 것을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.
KR 10-2003-0064301 A
본 발명의 목적은 중합 안정성이 우수하여 몰드 오염을 감소시킬 수 있을 뿐 아니라 최종 제조된 고무의 기계적 특성을 향상시킬 수 있는 니트릴계 공중합체 라텍스 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기의 니트릴계 공중합체 라텍스 조성물을 이용한 니트릴계 공중합체 고무의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기의 니트릴계 공중합체 라텍스 조성물로부터 제조된 니트릴계 공중합체 고무를 제공하는 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 단량체 혼합물 100 중량부; 탄소수 14 내지 18의 지방족 유기산 0.05 중량부 내지 0.9 중량부; 및 합성 유화제 0.6 중량부 내지 5 중량부를 포함하고, 상기 단량체 혼합물은 공액디엔계 단량체 50 중량부 내지 80 중량부; 및 에틸렌성 불포화 니트릴 단량체 20 중량부 내지 50 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 니트릴계 공중합체 라텍스 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 반응기에 단량체 혼합물 100 중량부, 탄소수 14 내지 18의 지방족 유기산 0.05 중량부 내지 0.9 중량부 및 합성 유화제 0.6 중량부 내지 5 중량부를 투입하고 유화중합하여 상기의 니트릴계 공중합체 라텍스 조성물을 제조하는 단계를 포함하고; 상기 유화중합은 분자량 조절제의 존재 하에 수행하는 것을 특징으로 하는 니트릴계 공중합체 고무의 제조방법을 제공한다.
아울러, 본 발명은 상기의 니트릴계 공중합체 라텍스 조성물로부터 제조된 니트릴계 공중합체 고무를 제공한다.
본 발명에 따른 니트릴계 공중합체 라텍스 조성물은 이종의 분자량 조절제를 특정 비율로 포함하고, 탄소수 14 내지 18의 지방족 유기산과 합성 유화제를 일정함량으로 포함함으로써 중합속도가 빠르면서 형성되는 라텍스 입자의 안정성이 증가할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 니트릴계 공중합체 고무는 상기의 니트릴계 공중합체 라텍스 조성물로부터 제조됨으로써 잔류하는 불순물, 예컨대 잔류하는 유화제가 감소할 수 있으며 이에 사출성형 등의 가공 시에 몰드 오염을 적게 일으킬 수 있을 뿐 아니라, 가공 시에 배합 안정성이 우수하고 가류특성이 우수할 수 있어 높은 인장강도 및 신율 등의 기계적 물성을 가질 수 있다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명은 몰드의 오염을 줄이고 최종 생성되는 니트릴계 공중합체 고무의 물성을 개선시킬 수 있을 뿐 아니라, 라텍스 조성물의 안정성을 높일 수 있는 니트릴계 공중합체 라텍스 조성물을 제공한다.
일반적으로, 니트릴계 공중합체 고무는 공액디엔 단량체와 에틸렌성 불포화 니트릴계 단량체를 유화중합하여 제조된 공중합체로, 단량체의 가용화, 유화 분산, 고분자 입자의 유화 분산, 반응 종료 후의 라텍스의 안전성 유지를 위해 제조 과정에서 부원료로 많은 첨가제를 필요로 하며, 특히 용이한 중합반응을 위해 유화제로서 지방산을 필수적으로 사용한다. 그러나, 상기 지방산을 사용하게 되면 중합속도을 높일 수는 있으나 동시에 잔류 물질을 과량 남기게 되어, 결과적으로 사출성형시 몰드 오염을 일으켜 몰드의 오염 제거 또는 몰드의 교체가 불가피하게 되는 문제가 발생할 수 있다.
이에, 본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위하여, 이종의 분자량 조절제를 특정 비율로 포함하고, 지방족 유기산과 합성 유화제를 함께 포함하는, 중합속도는 빠르면서 지방족 유기산의 사용량을 줄여 잔류량을 최소화할 수 있어 몰드 오염성을 감소시킴과 동시에 최종 생성되는 니트릴계 공중합체 고무의 물성을 개선시킬 수 있는 니트릴계 공중합체 라텍스 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 니트릴계 공중합체 라텍스 조성물은 단량체 혼합물 100 중량부; 탄소수 14 내지 18의 지방족 유기산 0.05 중량부 내지 0.9 중량부; 및 합성 유화제 0.6 중량부 내지 5 중량부를 포함하고, 상기 단량체 혼합물은 공액디엔계 단량체 50 중량부 내지 80 중량부; 및 에틸렌성 불포화 니트릴 단량체 20 중량부 내지 50 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 니트릴계 공중합체 라텍스 조성물은 단량체 혼합물 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 내지 5 중량부의 분자량 조절제를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 니트릴계 공중합체 라텍스 조성물은 상기 분자량 조절제를 상기의 함량으로 포함함으로써 이로부터 제조된 니트릴계 공중합체 고무의 탄성률이 증가될 수 있으며, 상기 고무의 가공 시 가류특성이 향상될 수 있고 몰드 오염은 감소될 수 있다.
상기 분자량 조절제는 알킬 머캅탄 및 펜타메틸헵틴 4-사이올의 혼합물인 것일 수 있다. 즉, 상기 분자량 조절제는 두 종류의 분자량 조절제를 함께 사용하는 것일 수 있으며, 상기 두 종류의 분자량 조절제를 함께 사용함으로써 전술한 효과를 용이하게 이끌어 낼 수 있다. 이때, 상기 분자량 조절제는 목적하는 효과를 얻기 위하여 상기 알킬 머캅탄 및 펜타메틸헵틴 4-사이올을 특정비율로 혼합한 것일 수 있으며, 구체적으로는 상기 알킬 머캅탄 및 펜타메틸헵틴 4-사이올은 7:3 내지 9:1의 중량비로 혼합되는 것일 수 있다.
상기 알킬 머캅탄은 특별히 한정되지 않고 당업계에 통상적으로 알려진 것을 사용할 수 있으나, 예컨대 α-메틸스티렌다이머, t-도데실 머캅탄, n-도데실 머캅탄 및 n-옥틸 머캅탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것일 수 있다. 구체적으론, n-옥틸 머캅탄일 수 있다.
상기 니트릴계 공중합체 라텍스 조성물은 전술한 바와 같이 단량체 혼합물 100 중량부에 대하여 0.05 중량부 내지 0.9 중량부의 지방족 유기산을 포함할 수 있다. 만약, 상기 지방족 유기산을 0.05 중량부 미만으로 포함할 경우에는 이를 이용한 중합공정 시 중합속도가 저하되고 생성되는 라텍스 입자의 안정성이 저하될 수 있으며, 상기 지방족 유기산이 0.9 중량부를 초과하여 포함될 경우에는 응고 후에 베일에 잔류하여, 몰드 오염성을 저해 할 수 있다.
상기 지방족 유기산은 전술한 바와 같이 탄소수 14 내지 18의 지방족 유기산일 수 있으며, 구체적으로는, 라우르산(lauric acid), 미리스틴산(myristic acid), 올레인산(oleic acid), 팔미트산(palmitic acid), 스테아르산(stearic acid) 및 에이코산산(eicosanoic acid)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것일 수 있다.
또한, 상기 니트릴계 공중합체 라텍스 조성물은 전술한 바와 같이 지방족 유기산과 함께 합성 유화제를 포함할 수 있으며, 상기 합성 유화제는 단량체 혼합물 100 중량부에 대하여 0.6 중량부 내지 5 중랑부로 포함될 수 있다. 만약, 상기 합성 유화제가 0.6 미만으로 포함될 경우에는 생성되는 라텍스 입자의 안정성이 저하될 수 있으며, 상기 합성 유화제가 5 중량부를 초과하여 포함될 경우에는 몰드 오염성이 높아질 뿐 아니라 응고가 제대로 이루어지지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
상기 합성 유화제는 특별히 한정되는 것은 아니나 설포네이트계 유화제인 것일 수 있으며, 구체적으로는 알킬 아릴 설포네이트, 알카리메틸 알킬 설페이트, 설포네이트화된 알킬에스테르, 로진산의 알카리염 및 나프탈렌 설폰산류로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 상기 지방족 유기산 및 합성 유화제는 전술한 함량 범위 내에서 적절히 조절하여 상기 니트릴계 공중합체 라텍스 조성물에 포함될 수 있으나, 사용할 수 있으나, 구체적으로는 1:1 내지 1:20의 중량비로 포함될 수 있다. 상기의 지방족 유기산 및 합성 유화제가 상기 범위의 중량비로 포함될 경우에는 전술한 바와 같은 효과를 더 용이하게 이끌어 낼 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 상기 단량체 혼합물은 전술한 바와 같이 공액디엔계 단량체 및 에틸렌성 불포화 니트릴 단량체를 포함하는 것일 수 있으며, 구체적으로는 공액디엔계 단량체 50 중량부 내지 80 중량부 및 에틸렌성 불포화 니트릴 단량체 20 중량부 내지 50 중량부를 포함하는 것일 수 있다. 만약, 상기 에틸렌성 불포화 니트릴 단량체가 20 중량부 미만으로 포함될 경우에는 이로부터 제조된 니트릴계 공중합체 고무의 내유성이 저하되고, 인장강도가 감소될 수 있으며, 상기 에틸렌성 불포화 니트릴 단량체가 50 중량부를 초과하여 포함될 경우에는 상대적으로 공액디엔계 단량체의 함량이 줄어들어 이로부터 제조된 니트릴계 공중합체 고무가 딱딱해질 수 있다.
상기 공액디엔계 단량체는 1,3-부타디엔, 2,3-디메틸-1,3-부타디엔, 2-에틸-1,3-부타디엔, 1,3-펜타디엔 및 이소프렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것일 수 있으며, 구체적으로는 1,3-부타디엔일 수 있다.
상기 에틸렌성 불포화 니트릴 단량체는 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, 후마로니트릴, α-클로로니트릴 및 α-시아노 에틸 아크릴로니트릴로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것일 수 있으며, 구체적으로는 아크릴로니트릴일 수 있다.
또한, 본 발명은 니트릴계 공중합체 고무의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 니트릴계 공중합체 고무의 제조방법은 반응기에 단량체 혼합물 100 중량부, 탄소수 14 내지 18의 지방족 유기산 0.05 중량부 내지 0.9 중량부 및 합성 유화제 0.6 중량부 내지 5 중량부를 투입하고 유화중합하여 상기의 니트릴계 공중합체 라텍스 조성물을 제조하는 단계를 포함하고; 상기 유화중합은 분자량 조절제의 존재 하에 수행하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 분자량 조절제는 전술한 바와 같이 단량체 혼합물 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 내지 5 중량부로 사용될 수 있으며, 구체적인 분자량 조절제는 전술한 바와 같다.
또한, 단량체 혼합물, 지방족 유기산 및 합성 유화제 또한 전술한 바와 같을 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 유화중합은 특별히 한정되지 않고 당업계의 통상적인 방법에 의하여 수행할 수 있으며, 예컨대 단량체 혼합물, 지방족 유기산, 합성 유화제 및 분자량 조절제를 동시에 반응기에 첨가하는 방법, 상기의 각 구성성분을 반응기에 연속적으로 첨가하는 방법 또는 지방족 유기산, 합성 유화제 및 분자량 조절제과 단량체 혼합물을 구성하는 공액디엔계 단량체 전량과 에틸렌성 불포화 니트릴 단량체 일부량을 일괄적으로 반응기에 첨가하고 중합을 개시한 후 상기 에틸렌성 불포화 니트릴 단량체 잔량을 분할 투입하는 방법을 통하여 수행할 수 있다.
또한, 상기 유화중합은 중합을 용이하게 이루어지게 하기 위하여, 전술한 유효성분 이외에 필요에 따라 중합 개시제, 킬레이트제, 분산제, pH 조절제, 탈산소제, 입경조정제, 노화방지제 및 산소포착제(oxygen scavenger)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 사용할 수 있다.
상기 중합 개시제의 사용량은 특별히 한정되는 것은 아니나, 예컨대 상기 단량체 혼합물 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 내지 2 중량부로 사용될 수 있다. 상기 중합 개시제는 과황산 나트륨, 과황산칼륨, 과항산암모늄, 과인산칼륨, 과산화수소와 같은 무기과산화물, t-부틸 퍼옥사이드, 큐멘 하이드로 퍼옥사이ㄷ, p-멘탄하이드로 퍼옥사이드, 디-t-부틸 퍼옥사이드, t-부틸쿠밀 퍼옥사이드, 아세틸 퍼옥사이드, 이소부틸 퍼옥사이드, 옥타노일 퍼옥사이드, 디벤조일 퍼옥사이드, 3,5,5-트리메틸헥산올 퍼옥사이드, t-부틸 퍼옥시 이소부틸레이트와 같은 유기 과산화물, 아조비스 이소부티로니트릴, 아조비스-2,4-디메틸발레로니트릴, 아조비스시클로헥산카르보니트릴, 아조비스 이소낙산(부틸산) 메틸과 같은 질소화합물일 수 있다. 상기 중합 개시제는 상기 성분 단독 또는 이종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 유화중합은 특별히 한정되는 것은 아니나, 저온에서 수행하는 것일 수 있으며, 구체적으로는 5℃ 내지 15℃의 온도범위에서 중합을 수행하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 상기 제조방법은 유화중합 이후에 염응집하고 세척 및 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 염응집은 상기 제조된 니트릴계 공중합체 라텍스 조성물을 응집하여 니트릴계 공중합체 라텍스 응고물을 형성하기 위한 것으로, 금속염 수용액을 사용하여 수행할 수 있다. 구체적으로는, 상기 니트릴계 공중합체 라텍스 조성물에 금속역 수용액을 혼합하고 60℃ 내지 70℃로 가열하여 수행하는 것일 수 있다.
상기 금속염 수용액은 금속염에 증류수를 첨가하고 혼합한 것일 수 있으며, 이때 상기 금속염과 증류수의 혼합 비율은 특별히 한정되지 않고 금속염 수용액의 pH가 2 내지 8이 되도록 혼합하는 것일 수 있다.
상기 금속염은 염화칼륨, 염화나트륨, 염화망간 및 염화칼슘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것일 수 있으며, 구체적으로는 염화칼슘일 수 있다.
또한, 상기 세척 및 건조는 상기 니트릴계 공중합체 라텍스 응고물로부터 불순물(예컨대, 잔류 유화제, 금속염 등)을 제거하고 니트릴계 공중합체 고무를 수득하기 위한 것으로, 당업계에 공지된 통상적인 방법에 의하여 수행할 수 있다.
예를들면, 상기 세척은 상기 니트릴계 공중합체 라텍스 응고물을 무기염 수용액에 첨가하고 일정시간 교반하여 혼합시킨 후 여과하여 수행할 수 있다. 상기 무기염 수용액은 무기염에 증류수를 첨가하고 혼합한 것일 수 있다.
상기 무기염은 특별히 한정되는 것은 아니나, 예컨대 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 수산화마그네슘 및 수산화리튬으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것일 수 있다.
아울러, 본 발명은 상기의 니트릴계 공중합체 라텍스 조성물로부터 제조된 니트릴계 공중합체 고무를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 다른 상기 니트릴계 공중합체 고무는 공액디엔계 단량체와 에틸렌성 불포화 니트릴 단량체의 랜덤 공중합체인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 지방족 유기산 및 합성 유화제를 포함하고, 특정 분자량 조절제를 일정비율로 포함하는 니트릴계 공중합체 라텍스 조성물로부터 제조된 니트릴계 공중합체 고무는 몰드 오염 정도가 적고 인장강도 및 인장율 300%에서의 응력이 우수할 수 있다.
이하, 실시예 및 실험예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
반응기에 단량체 혼합물 100 중량부, 지방산 0.2 중량부, 소듐 도데실벤젠 설포네이트 2 중량부, 분자량 조절제 0.5 중량부, 중합 개시제 0.05 중량부, 물 200 중량부를 첨가하여 10℃에서 유화중합하였다. 이때, 상기 단량체 혼합물은 1,3-부타디엔 65 중량부 및 아크릴로니트릴 35 중량부로 구성되며, 상기 분자량 조절제는 n-옥틸 머캅탄과 펜타메틸헵틴 4-사이올을 7:3의 중량비로 혼합한 것이다. 중합 전환율이 80%인 시점에서 중합 반응을 종료하여 니트릴계 공중합체 라텍스 조성물을 얻었다.
제조된 니트릴계 공중합체 라텍스 조성물에 염화칼슘 수용액을 첨가하고 60℃로 가열하여 응고를 진행하여 니트릴계 공중합체 라텍스 응고물을 제조하였으며, 이때 상기 염화칼슘 수용액은 상기 니트릴계 공중합체 라텍스 100 중량부에 대하여 물 1000 중량부와 염화칼슘 2 중량부를 혼합한 것을 사용하였다. 수득한 니트릴계 공중합체 라텍스 응고물은 미리 준비해둔 pH 12의 수산화칼륨 수용액(상기 응고물 100 중량부에 대하여 1000 중량부)을 50℃로 가열하면서 첨가하고 10분간 교반한 후 건조하여 니트릴계 공중합체 고무를 수득하였다.
실시예 2
지방산을 0.1 중량부로 사용하고, 소듐 도데실벤젠 설포네이트를 2.5 중량부로 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 니트릴계 공중합체 고무를 수득하였다.
실시예 3
지방산을 0.9 중량부로 사용하고, 소듐 도데실벤젠 설포네이트를 0.6 중량부로 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 니트릴계 공중합체 고무를 수득하였다.
실시예 4
지방산을 0.05 중량부로 사용하고, 소듐 도데실벤젠 설포네이트를 5 중량부로 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 니트릴계 공중합체 고무를 수득하였다.
실시예 5
n-옥틸 머캅탄과 펜타메틸헵틴 4-사이올을 9:1의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일한 방법을 통하여 니트릴계 공중합체 고무를 수득하였다.
비교예 1
지방산을 2 중량부로 사용하고, 소듐 도데실벤젠 설포네이트를 사용하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 니트릴계 공중합체 고무를 수득하였다.
비교예 2
지방산을 사용하지 않고, 소듐 도데실벤젠 설포네이트를 5 중량부로 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 니트릴계 공중합체 고무를 수득하였다.
비교예 3
지방산을 1.5 중량부로 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일한 방법을 통하여 니트릴계 공중합체 고무를 수득하였다.
비교예 4
소듐 도데실벤젠 설포네이트를 0.4 중량부로 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 3고 동일한 방법을 통하여 니트릴계 공중합체 고무를 수득하였다.
비교예 5
지방산을 0.03 중량부로 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 4와 동일한 방법을 통하여 니트릴계 공중합체 고무를 수득하였다.
비교예 6
소듐 도데실벤젠 설포네이트를 6 중량부로 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 4와 동일한 방법을 통하여 니트릴계 공중합체 고무를 수득하였다.
비교예 7
펜타메틸헵틴 4-사이올을 사용하지 않고 n-옥틸 머캅탄 단독을 0.5 중량부로 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 니트릴계 공중합체 고무를 수득하였다.
비교예 8
n-옥틸 머캅탄을 사용하지 않고 펜타메틸헵틴 4-사이올 단독을 0.5 중량부로 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 니트릴계 공중합체 고무를 수득하였다.
비교예 9
n-옥틸 머캅탄과 펜타메틸헵틴 4-사이올을 6:4의 중량비로 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일한 방법을 통하여 니트릴계 공중합체 고무를 수득하였다.
비교예 10
n-옥틸 머캅탄과 펜타메틸헵틴 4-사이올을 9.5:0.5의 중량비로 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일한 방법을 통하여 니트릴계 공중합체 고무를 수득하였다.
실험예 1
상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 10에서 제조한 각 니트릴계 공중합체 고무의 중합 시 소요되는 중합 반응시간 및 가공 시 몰드 오염 발생 정도를 비교분석하였다. 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
1) 중합 반응시간
상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 10에서 제조한 각 니트릴게 공중합체 고무 제조 시에 소요된 중합 반응시간은 유화중합 개시 후 중합 전환율이 80%에 도달하는 시점까지 걸리는 시간을 측정한 것이며, 중합 전환율은 단량체가 중합체로 전환되는 것을 전체 고체 함량 측정을 통해서 확인할 수 있다.
2) 몰드 오염 발생 정도
몰드 오염 발생 정도는 상기 각 니트릴계 공중합체 고무를 프레스를 이용하여 몰드 판에 일정량 올려준 후, 130℃에서 압착하여 300초간 유지한 후, 상기 몰드 판에서 니트릴 공중합체 고무를 제거하고, 이때 몰드 판 표면에 묻어 있는 오염물의 양(잔류량)을 정량적으로 순위를 매겨서 측정하였다. 이때, 오염물의 양(%)은 상기 니트릴계 공중합체 고무 100 중량부에 대한 잔류량의 비율로 나타내었다.
구분 중합 반응시간(hr) 몰드 오염물의 양(%)
실시예 1 7.9 0.1
실시예 2 8.3 0.05
실시예 3 8.5 0.5
실시예 4 9.0 0.01
실시예 5 8.6 0.1
비교예 1 8.1 1.5
비교예 2 13.5 0.15
비교예 3 9.3 1.0
비교예 4 8.5 2.0
비교예 5 13.0 0.2
비교예 6 9.1 응고 어려움
비교예 7 8.3 1.0
비교예 8 9.2 0.1
비교예 9 8.9 0.3
비교예 10 8.7 0.5
실험예 2
상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 10에서 제조한 각 니트릴계 공중합체 고무의 물성을 비교분석하기 위하여, 상기 각 니트릴계 공중합체 고무의 무니점도(Mooney viscosity), 배합 열안정성, 롤 점착성, 가류특성, 신율(%), 300% 모듈러스(%) 및 인장강도(kg·f/cm2)를 측정하였다. 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
1) 무니점도
무니점도계(MV2000, 알파테크놀로지사)를 사용하여 100℃에서 큰 로우터로 예열 1분에서 로우터 시동 후 4분 후의 값을 측정 판독하여 무니점도를 측정하였다.
2) 가류특성
가류특성을 비교분석하기 위하여, 상기 각 니트릴계 공중합체 고무의 초기 가류 거동 및 최대토크(Vmax)를 측정하였다.
초기 가류 거동(무니 스코치, T5)은 상기 각 니트릴계 공중합체 고무에 120℃의 열을 가하면서 최소 무니점도에서 5 포인트 상승할 때까지 소요되는 시간을 측정하였다.
최대토크는 ASTM D5289-95에 준하여 160℃에서 몬산토(Monsanto) MDR 2000 유량계를 이용하여 측정하였다.
3) 신율(%), 신율 300%에서의 응력(%) 및 인장강도(kg·f/cm2)
상기 실시예 1 내지 5 및 비교에 1 내지 10에서 제조한 각 니트릴계 공중합체 고무의 기계적 물성을 비교분석하기 위하여, 각 니트릴계 공중합체의 신율(%), 신율 300%에서의 응력(%) 및 인장강도를 측정하였다. 기계적 물성은 DIN 53 504에 준하여 측정하였다.
우선, ASTM D3187에 준하여 반버리 믹서를 이용하여 각 니트릴계 공중합체 고무의 배합물을 제조하였다.
인장강도는 상기 각 배합물을 145℃에서 45분 가류한 후, 300% 가류물의 인장강도를 측정하였다.
신율은 상기 각 배합물을 145℃에서 45분 동안 가류한 후, 가류물의 신율을 측정하였다.
신율 300%에서의 응력은 상기 각 배합물을 145℃에서 45분 동안 가류한 후, 300% 신장시의 응력을 측정하였다.
4) 배합 열안정성
배합 열안정성은 배합 시의 색상 안정성을 평가하여 분석하였다.
ASTM D3187에 준하여 반버리 믹서를 이용하여 상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 10의 각 니트릴계 공중합체 고무의 배합물을 제조하고, 160℃의 롤러를 이용하여 0.2 mm 두께로 밀링 작업을 실시하였다. 1.5분, 5분, 10분, 15분, 20분, 25분, 30분, 40분, 50분 및 60분 간격으로 에이징(aging)된 각 시편을 채취하여 5점법으로 색상 안정성을 평가하였다(낮을수록 배합 열안정성이 낮음을 의미).
5) 롤 점착성
ASTM D3187에 준하여 반버리 믹서를 이용하여 상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 10의 각 니트릴계 공중합체 고무의 배합물을 제조하였다.
50℃, 1 mm 게이지의 롤에 상기 각 배합물 400 g씩을 30초 이상씩 밀링하였다. 이후 5분 마다 롤 게이지를 0.5 mm 단위로 증가시키면서 탈리되는 때의 롤 게이지를 기록하였다.
구분 무니점도 배합 열 안정성
(5점 법)
롤 접착성
(mm)
T5(min) Vmax(Nm) Ts
(kgf/cm2)
신율
(%)
응력
(%)
실시예 1 46 5 4 2.3 16 250 440 150
실시예 2 44 5 4 2.1 16 250 450 145
실시예 3 49 5 4 2.1 16 240 480 130
실시예 4 46 5 4 2.1 16 245 450 145
실시예 5 45 5 4 2.5 15 240 440 143
비교예 1 50 2.5 2 3.1 15 230 500 120
비교예 2 45 4 3.5 3.8 16 240 550 110
비교예 3 48 3 2.5 3.0 15 235 525 110
비교예 4 51 2 3.5 4.0 14 240 520 110
비교예 5 48 4 3 3.7 14 230 490 116
비교예 6 - - - - - - - -
비교예 7 45 3.0 4 4.1 13 225 480 109
비교예 8 49 4.5 2 1.5 17 276 490 165
비교예 9 51 3.5 2.5 2.3 15 235 485 125
비교예 10 47 2.5 4.0 2.9 14 235 470 130

Claims (22)

  1. 단량체 혼합물 100 중량부;
    탄소수 14 내지 18의 지방족 유기산 0.05 중량부 내지 0.9 중량부; 및
    합성 유화제 0.6 중량부 내지 5 중량부를 포함하고,
    상기 단량체 혼합물은
    공액디엔계 단량체 50 중량부 내지 80 중량부; 및 에틸렌성 불포화 니트릴 단량체 20 중량부 내지 50 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 니트릴계 공중합체 라텍스 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 조성물은 단량체 혼합물 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 내지 5 중량부의 분자량 조절제를 포함하는 것을 특징으로 하는 니트릴계 공중합체 라텍스 조성물.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 분자량 조절제는 알킬 머캅탄 및 펜타메틸헵틴 4-사이올의 혼합물인 것을 특징으로 하는 니트릴계 공중합체 라텍스 조성물.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 분자량 조절제는 알킬 머캅탄 및 펜타메틸헵틴 4-사이올을 7:3 내지 9:1의 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 니트릴계 공중합체 라텍스 조성물.
  5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 알킬 머캅탄은 α-메틸스티렌다이머, t-도데실 머캅탄, n-도데실 머캅탄 및 n-옥틸 머캅탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 니트릴계 공중합체 라텍스 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 지방산 유기산은 라우르산, 미리스틴산, 올레인산, 팔미트산, 스테아르산 및 에이코산산으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 니트릴계 공중합체 라텍스 조성물.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 합성 유화제는 알킬 아릴 설포네이트, 알카리메틸 알킬 설페이트, 설포네이트화된 알킬에스테르, 로진산의 알카리염 및 나프탈렌 설폰산류로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 니트릴계 공중합체 라텍스 조성물.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 지방산 유기산 및 합성 유화제는 1:1 내지 1:20의 중량비를 갖는 것을 특징으로 하는 니트릴계 공중합체 라텍스 조성물.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 공액디엔계 단량체는 1,3-부타디엔, 2,3-디메틸-1,3-부타디엔, 2-에틸-1,3-부타디엔, 1,3-펜타디엔 및 이소프렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 니트릴계 공중합체 라텍스 조성물.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 에틸렌성 불포화 니트릴 단량체는 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, 후마로니트릴, α-클로로니트릴 및 α-시아노 에틸 아크릴로니트릴로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 니트릴계 공중합체 라텍스 조성물.
  11. 반응기에 단량체 혼합물 100 중량부, 탄소수 14 내지 18의 지방족 유기산 0.05 중량부 내지 0.9 중량부 및 합성 유화제 0.6 중량부 내지 5 중량부를 투입하고 유화중합하여 청구항 1의 니트릴계 공중합체 라텍스 조성물을 제조하는 단계를 포함하고;
    상기 유화중합은 분자량 조절제의 존재 하에 수행하는 것을 특징으로 하는 니트릴계 공중합체 고무의 제조방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 분자량 조절제는 단량체 혼합물 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 내지 5 중량부로 사용되는 것을 특징으로 하는 니트릴계 공중합체 고무의 제조방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 분자량 조절제는 알킬 머캅탄과 펜타메틸헵틴 4-사이올의 혼합물이고,
    상기 알킬 머캅탄과 펜타메틸헵틴 4-사이올은 7:3 내지 9:1의 중량비를 갖는 것을 특징으로 하는 니트릴계 공중합체 고무의 제조방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 알킬 머캅탄은 α-메틸스티렌다이머, t-도데실 머캅탄, n-도데실 머캅탄 및 n-옥틸 머캅탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 니트릴계 공중합체 고무의 제조방법.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 단량체 혼합물은 공액디엔계 단량체 50 중량부 내지 80 중량부; 및 에틸렌성 불포화 니트릴 단량체 20 중량부 내지 50 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 니트릴계 공중합체 고무의 제조방법.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 유화중합은 중합 개시제, 킬레이트제, 분산제, pH 조절제, 탈산소제, 입경조정제, 노화방지제 및 산소포착제(oxygen scavenger)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제의 존재 하에 수행하는 것을 특징으로 하는 니트릴계 공중합체 고무의 제조방법.
  17. 청구항 11에 있어서,
    상기 유화중합은 5℃ 내지 15℃의 온도범위에서 중합하는 것을 특징으로 하는 니트릴계 공중합체 고무의 제조방법.
  18. 청구항 11에 있어서,
    상기 제조방법은 유화중합 이후에 염응집하고 세척 및 건조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 니트릴계 공중합체 고무의 제조방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 염응집은 금속염 수용액을 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 니트릴계 공중합체 고무의 제조방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 금속염은 염화칼륨, 염화나트륨, 염화망간 및 염화칼슘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 니트릴계 공중합체 고무의 제조방법.
  21. 청구항 1의 니트릴계 공중합체 라텍스 조성물로부터 제조된 니트릴계 공중합체 고무.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 고무는 공액디엔계 단량체와 에틸렌성 불포화 니트릴 단량체의 랜덤 공중합체인 것을 특징으로 하는 니트릴계 공중합체 고무.
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